Les scientifiques ont proposé une théorie qui explique la formation d'émission radio par les pulsars à travers les transitions gravitationnelles des électrons.
Un groupe d'astrophysiciens russes de l'Université nationale de recherche sur les technologies de l'information, la mécanique et l'optique (Saint-Pétersbourg) a développé une théorie expliquant le mécanisme du rayonnement des pulsars dans la portée radio.
Les pulsars sont appelés sources cosmiques de rayonnement changeant périodiquement (il a une «impulsion»). Il peut être dans les gammes optique, rayons X, radio et gamma. Les astronomes croient que les pulsars sont des étoiles à neutrons avec un champ magnétique puissant qui est incliné par rapport à l'axe de rotation, de sorte que le rayonnement est pulsatoire. Ceci est une description générale, le mécanisme exact d'émission radio n'a pas encore été établi.
Un article publié dans The Astrophysical Journal par un groupe de recherche dirigé par N. Teplyakov offre une explication qui s'accorde bien avec les caractéristiques observées du rayonnement dans la gamme radio. L'émission radio des pulsars a une particularité: elle se produit toujours à la même fréquence (de manière cohérente).
Il existe plusieurs hypothèses pour expliquer le mécanisme du rayonnement, mais le modèle développé par les scientifiques de Saint-Pétersbourg a une plus grande précision et une signification physique claire. On suppose que les ondes radio sont émises lors de la transition d'électrons entre les niveaux d'énergie, qui se forment lorsque la double couche électrique interagit avec l'attraction gravitationnelle.
Une double couche de particules chargées apparaît sur la «surface» supérieure - ou «atmosphère» - du pulsar, qui est composé de plasma. Le champ gravitationnel d'une étoile à neutrons est si fort que les particules chargées sont réparties sur la masse par rapport à la surface: les ions lourds sont attirés plus fortement et les électrons légers «flottent». En conséquence, une séparation est formée non seulement par la masse, mais également par la charge des particules: une double couche électrique est formée. Deux forces agissent sur les électrons: d'une part, ils sont repoussés de la couche chargée négativement, d'autre part, il y a une puissante attraction gravitationnelle, de sorte qu'ils ne peuvent pas voler dans l'espace.
En recherchant un état avec un minimum d'énergie potentielle, les électrons tombent dans un puits de potentiel, où certains états d'énergie liés se forment. La distance entre les niveaux d'énergie dépend de la force de la gravité et en moyenne pour les pulsars est de 1,7 × 10−6 électron-volts, ce qui correspond à une émission radio dans la région des 400 mégahertz.
La cohérence du rayonnement s'explique précisément par les transitions entre niveaux: la distance entre eux est constante.
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La directionnalité du rayonnement est également expliquée. Le champ magnétique du pulsar est très puissant et affecte les électrons plus fortement que les électrons gravitationnels. Et le mécanisme décrit ne fonctionne qu'à proximité des pôles, où le champ magnétique est uniforme et dirigé perpendiculairement à la surface, comme le champ magnétique. Il est également nécessaire de prendre en compte les niveaux de Landau qu'une particule chargée peut occuper lorsqu'elle se déplace à travers le champ magnétique. Le champ électrique de l'étoile doit être dirigé parallèlement à la surface afin d'éviter des perturbations locales des niveaux d'énergie.
Direction du rayonnement dipôle électrique (rayonnement ED) et dipôle magnétique (rayonnement MD) dans un pulsar; sur la droite, les niveaux d'énergie et les transitions entre eux, provoquant divers types de rayonnement / N. Teplyakov et al., The Astrophysical Journal.
En conséquence, les transitions entre niveaux gravitationnels voisins au sein d'un même niveau de Landau conduisent à un rayonnement dipolaire électrique distribué perpendiculairement à la direction du champ magnétique, parallèlement à la surface de l'étoile à neutrons. Ce rayonnement est polarisé linéairement et présente un spectre angulaire en éventail.
Le deuxième type de transition possible est entre les niveaux gravitationnel et magnétique simultanément. Dans ce cas, un rayonnement dipolaire magnétique apparaît le long de l'axe de l'étoile, qui a une polarisation elliptique. Cette option est possible pour les pulsars à champ magnétique relativement faible, inférieur à 1011 Gauss, car sa mise en œuvre nécessite un remplissage important des niveaux de Landau.
La théorie peut aider à expliquer des situations qui ne sont pas standard pour les pulsars radio.
Anton Bugaychuk
